＊王碩 宋喆 陳巖 張楠楠 張丹丹

（朝陽光達化工有限公司 遼寧 122000）

引言

在現(xiàn)代注重食品多元化及多樣性的社會，人們越來越重視食品的新鮮感，對食品品質的要求亦水漲船高，而食品價值更多也體現(xiàn)在保鮮需求方面。現(xiàn)實中冷藏鏈決定了食品的質量水平。冷藏鏈中最典型的基礎裝備是冷庫，食品保鮮水平高低取決于該設施。冷庫的發(fā)展對于我國促進智能制冷和智能保鮮產業(yè)發(fā)展有重要價值。隨著制冷技術的高速迭代，冷庫行業(yè)也獲得了前所未有的迅猛進步，規(guī)模和容量均得到了快速健康發(fā)展。截止2019年底，我國各類冷庫已擁有約6053萬噸的儲存容量。冷庫的建設規(guī)模達到了空前程度，食品、化工、生物等領域都在不斷規(guī)劃及建設，冷庫產業(yè)的迅速發(fā)展帶來高能耗、高污染的問題，如何在提升冷庫制冷能力同時最大程度實現(xiàn)節(jié)能降耗，在制冷行業(yè)“安全”和“環(huán)保”兩大難題之間尋找最佳平衡點，實現(xiàn)制冷行業(yè)的綠色發(fā)展，是值得我們反思的重要課題。

1.間接制冷技術概念及特征

(1)基本概念

間接制冷技術即二次制冷技術，常規(guī)做法是二次冷卻液儲液罐增加放置于制冷系統(tǒng)管路，促使冷量再快捷的傳遞給載冷劑，繼而載冷劑冷量促使冷庫達到制冷效果。間接制冷技術通過常壓的二次冷卻介質進行大循環(huán)傳送冷量，在直接制冷劑不易應用的位置或者不可運用直接制冷劑的特殊環(huán)境中，常常用載冷劑替代直接制冷劑用來冷卻被冷卻物體。

間接制冷系統(tǒng)有的是依靠制冷劑循環(huán)設備實現(xiàn)直接制冷，有的通過載冷劑循環(huán)傳遞冷量于冷庫間接制冷。載冷劑儲罐創(chuàng)新的設計在連接蒸發(fā)器與冷卻泵端口，這也是間接制冷系統(tǒng)創(chuàng)新點，儲罐中載冷劑的熱量被蒸發(fā)器吸收，載冷劑被陸續(xù)降溫，冷卻泵將載冷劑運輸?shù)嚼鋷灬尫爬淞浚瑢崿F(xiàn)制冷。同步的是熱交換器及除霜液儲罐設計在壓縮機后，壓縮機放出的熱量可支持儲存在除霜液儲罐中，積霜達到一定程度就需要除霜，除霜液泵送到冷庫間實現(xiàn)熱除霜。該系統(tǒng)中載冷劑與除霜液均為冰河冷媒專利產品，該系統(tǒng)利于解決傳統(tǒng)直接制冷安全隱患問題，余熱除霜支持節(jié)能降耗。

二次制冷系統(tǒng)一般設有載冷劑儲罐，其容量為載冷劑循環(huán)量的一倍以上，需要冷量時，載冷劑在冷庫間及操作間常壓循環(huán)，安全穩(wěn)定，便于維護，同時當夜間用電成本低的時候，制冷機滿負荷運行，生產過多冷量儲存，白天用電費用高時，制冷機組關閉，從而促使電力移峰填谷，儲存的冷量進行循環(huán)。

(2)系統(tǒng)優(yōu)勢

①制冷劑充注量小、系統(tǒng)安全性高

采用間接冷卻制冷系統(tǒng)，減少了制冷劑系統(tǒng)的管路，降低了制冷劑充注量。對于采用氨的制冷系統(tǒng)，不直接進入庫房，系統(tǒng)一旦泄漏，庫內冷凍冷藏的食品不會受到氨制冷劑泄漏帶來的污染。制冷劑無閃點、不燃不爆、無毒無害，另外隔離冷庫的工作人員，提高了工作安全系數(shù)，降低了事故隱患。對于采用鹵代烴的制冷系統(tǒng)，可減少HCFCs類制冷劑的使用率，從而降低溫室效應。

②溫度控制精度高

載冷劑的熱容量大，易于保持冷庫內溫度穩(wěn)定。間接制冷系統(tǒng)因為溫差遠小于鹵代烴或氨直接制冷系統(tǒng)，減少干耗，溫控精度高、時間長，能滿足小溫差的要求，可保證庫內相對濕度，提高產品質量，特別有利食品保鮮。

③運行狀態(tài)好

只有載冷劑進入冷藏車間，常壓循環(huán)，壓縮機才不需要頻繁地啟停，這樣可以延長設備的使用期限，降低故障率、減少維修費用。常壓環(huán)保型載冷劑在車間循環(huán)，有效避免環(huán)境污染。

④可進行蓄冷并可降低運行費用

運行費用主要包括制冷系統(tǒng)直接費用、冷庫運行費用和除霜費用等。直接制冷系統(tǒng)頻繁啟動且需除霜，消耗電費、除霜費用均較高。間接制冷系統(tǒng)蒸發(fā)溫度相對較低，熱損大、電費高、無需頻繁啟動，產品干耗量小，余熱除霜，綜合運行費用降低。在雙碳背景下，間接制冷系統(tǒng)可靈活利用峰平谷電價移峰填谷降低運行成本。

但間接制冷技術的系統(tǒng)輸送裝置變得更加復雜，增加了輸送乙二醇等水溶液的輸送泵。為取得不同的庫溫，需增設混合泵及三通電動閥，二高頻運行之中三通電動閥容易因結冰而卡住，導致系統(tǒng)運行穩(wěn)定性下降。

2.間接制冷載冷劑應用及特征

(1)傳統(tǒng)載冷劑

長期以來，無機鹽、乙二醇和醇類改性載冷劑，在制冷系統(tǒng)中統(tǒng)治了多年，而普及推廣的有機物溶液載冷劑冰點都在0℃以下。有機載冷劑雖然容易流動傳熱，具有流傳性佳、易燃的特點，故特別注意防火防燃，其易揮發(fā)，使用量損耗太大。常用的有機載冷劑有丙二醇、乙二醇、硅油、甲醇、乙醇等。其中流動性較好的丙三醇較為環(huán)保，與被冷卻物直接接觸也可以；硅油穩(wěn)定性好，乙醇易于流動傳熱；二甲醚易燃易爆；乙二醇和丙二醇性質穩(wěn)定，溶于水，且凝固點可隨著水溶液濃度變化而變化，溶液質量分數(shù)增大到一定范圍，凝固點可達到極值，故合適濃度對于制冷成本尤為重要。這些載冷劑存在銹蝕設備危害性，雖然成分較為常規(guī)化，但載冷能力不夠好，長時間工作能耗屢創(chuàng)新高。故導致間接制冷系統(tǒng)的使用期限受限，運維成本居高不下。

(2)改良載冷劑

針對傳統(tǒng)載冷劑通常有性能不佳能耗偏高的情況，通過醇類改性制備一些改良載冷劑大勢所趨。如一種冷庫專用的冰河冷媒載冷劑，由多元醇及多種添加劑改性而成，外觀為淺色液體，無異味、不揮發(fā)、載冷能力強、防銹性能好，適用于0℃～5℃保鮮庫、-18℃～-15℃冷藏庫、-25℃～-22℃低溫庫做間接制冷載冷劑。相比于傳統(tǒng)載冷劑，新型醇類改性載冷劑蓄冷力得到空前改觀，且該材料具有優(yōu)異流動性，材料流動過程之中有效減少了泵耗功率，在材料、除霜、壓力優(yōu)勢較多，單位容積制冷量大、系統(tǒng)能效高、對管道無腐蝕，故在間接制冷系統(tǒng)應用性價比較高，適合大范圍推廣。

3.間接制冷系統(tǒng)冷庫效能影響分析

間接冷卻制冷系統(tǒng)的制冷循環(huán)效率，比直接冷卻模式的效率偏低，這個狀況屢見不鮮，其能耗較多業(yè)內人士也見怪不怪。其系統(tǒng)耗功主要包括壓縮機耗功、電磁閥耗功、冷風機耗功、載冷劑循環(huán)泵耗功4部分。筆者實踐中通過相關途徑有效減少間接制冷系統(tǒng)的耗功量，實現(xiàn)了最大限度減少間接條件對冷庫效能影響。

(1)庫溫變化對系統(tǒng)耗功的影響

圖1為在頻率30Hz時冷風機間接冷卻制冷系統(tǒng)耗功量隨庫溫的變化情況。

圖1 系統(tǒng)耗功量隨庫溫變化趨勢

載冷劑流量從-20℃庫溫升至-5℃庫溫時，間接冷卻制冷系統(tǒng)的耗功量出現(xiàn)了不同幅度的增長，分別達到0.33kW、0.36kW、0.35kW、0.38kW。庫房溫度升高，載冷劑換熱系數(shù)在此狀況下得以同步增大，制冷劑蒸發(fā)能耗進而提升。這種狀況下會迫使壓縮機不斷抬升本身的吸氣壓，故其耗功增加。庫房溫度升高會引起系統(tǒng)耗功差值變大，系統(tǒng)承載的載冷劑流量間存在了階梯功差。例如，庫房溫度為-8℃，載冷劑流量2950L/h與流量1500L/h間的制冷量差值比庫房溫度-17℃時增大了0.03kW。庫溫較高制冷模式下，適配高載冷劑流量的傳熱系數(shù)變大，壓縮機吸氣壓要提高，這些狀況在庫溫度偏低時候不存在。故壓縮機的耗功增加是庫房溫度變化，導致系統(tǒng)的總耗功空前顯著性加大的必要條件。

(2)載冷劑流量及冷風機頻率變化對系統(tǒng)耗功的影響

圖2為不同庫溫下系統(tǒng)耗功隨載冷劑流量耦合冷風機頻率的變化規(guī)律。

間接冷卻系統(tǒng)的耗功隨著載冷劑流量變化也會同步正向呈現(xiàn)一定幅度變化。設定當前冷庫溫度-5℃，載冷劑流量按一定幅度持續(xù)增多，冷風機頻率20Hz、30Hz、40Hz、50Hz所對應的系統(tǒng)耗功持續(xù)出現(xiàn)了不同幅度增長量，分別為0.14kW、0.16kW、0.13kW、0.13kW。系統(tǒng)循環(huán)泵的功耗持續(xù)加大，導致循環(huán)泵功耗變大的原因是載冷劑所增加的流量。這種工況模式載冷劑的換熱頻率加大，其較高的蒸發(fā)溫度促使壓縮機不得不增加吸氣壓，進而壓縮機功耗同步變大。2種工況疊加促使系統(tǒng)總功耗反常規(guī)空前提升。根據(jù)時間序列變化場景，剖析載冷劑流量及冷風機頻率的關聯(lián)度，發(fā)現(xiàn)在載冷劑流量為1000L/h時，冷風機頻率30Hz和20Hz之間相差的耗功量僅為載冷劑流量2950L/h時兩者耗功差的一半。且由圖2中可知，載冷劑流量2000L/h為拐點，即系統(tǒng)耗功增速在此出現(xiàn)導向性變化，系統(tǒng)耗功在超過這個拐點后會出現(xiàn)減速增加。當載冷劑流量一定，間接冷卻系統(tǒng)耗功量隨冷風機頻率出現(xiàn)轉折，制冷系統(tǒng)耗功量增加趨勢出現(xiàn)先急后緩形態(tài)，且冷風機頻率加大的工況。在庫溫-5℃，流量為1000L/h 時，冷風機頻率20Hz、30Hz、40Hz、50Hz所對應的耗功出現(xiàn)一定幅度的增長，幅度分別為2.09kW、2.11kW、2.17kW、2.2kW；流量1500L/h時，冷風機頻率40Hz、50Hz所對應的系統(tǒng)耗功也帶來一定增長量。幅度為0.06kW、0.02kW。風機風量變大才能使得冷風機頻率加大，但是以消耗電能更大的代價換來的。冷風機貢獻了主要的系統(tǒng)功耗變化調劑量，載冷劑流量為變量，冷風機頻率固定調劑工況下，系統(tǒng)耗功量受流量變化引起的增減更顯著性。當載冷劑流量從最低值增至最高值，驅動系統(tǒng)功耗增加0.25kW，而冷風機頻率從最小值調升到最大值，驅動系統(tǒng)耗功增加了0.05kW，前者改變比后者變化多耗能0.2kW。

圖2 系統(tǒng)耗功量隨載冷劑流量和風機頻率變化情況

4.結語

隨著全球人口的遞增，生活水平的不斷提高，資源的匱乏已經日趨明顯，環(huán)境污染日益加劇，在全球范圍內已基本形成保護環(huán)境和和節(jié)約資源的共識。制冷作為人類生產生活不可或缺的一部分，制冷技術發(fā)展面臨最重要的問題在于不斷提高其環(huán)保和節(jié)能性能。

在“雙碳”為目標驅動的綠色發(fā)展大背景下，我國在資源節(jié)約型社會的發(fā)展路徑上不斷開展節(jié)能降耗工作在經濟發(fā)展與環(huán)境保護之間不斷尋找新的平衡點。新型制冷劑研發(fā)事關食品、化工、能源等多個行業(yè)節(jié)能減排大業(yè)，應積極配合節(jié)能減排的履約行動。筆者剖析了間接制冷系統(tǒng)的原理、進一步凸顯了新型改良載冷劑的特殊功效，梳理并總結間接制冷系統(tǒng)的應用場景及亮點，當然對其待改進的關鍵點也不能忽視。從系統(tǒng)物理功效和載冷劑理化特征出發(fā)，系統(tǒng)梳理相關問題會有事半功倍的效果?？偠灾?，間接冷卻制冷系統(tǒng)的優(yōu)化技術在不斷進步，新型優(yōu)良載冷劑的也在快速更新，可以預見，新型制冷技術的研究發(fā)展必將極大地推動工農業(yè)生產的發(fā)展和人們生活水平的提高，其未來應用前景良好。